단원해설

소프트웨어(SW)교육을 통해 컴퓨터과학의 원리를 학습하거나 컴퓨팅 사고력을 키우는 방법은 아주 다양하다. 그러나 대부분 방법은 고등 수준의 인지능력이 요구되는 것이어서 대부분 학생이 매우 어려워한다. 이에 학생들이 더 쉽게 접근할 수 있으며, 학생들이 컴퓨터과학의 원리를 학습하거나 컴퓨팅 사고력을 키우기 위해 다양한 활동이나 방법들을 개발하여 널리 보급하고 있는데 그 대표적인 방법이 언플러그드 활동이다.

언플러그드 활동이란 컴퓨터를 활용하지 않고 종이와 연필, 주변에서 볼 수 있는 사물을 가지고 손과 몸으로 하는 활동이나 놀이를 통해 컴퓨터과학의 개념, 알고리즘을 학습하며, 컴퓨팅 사고력을 키워줄 수 있는 활동이다.

컴퓨터 없이 활동이나 게임 등을 통해 컴퓨터과학의 원리를 학습하거나 컴퓨팅 사고력을 키울 수 있는 활동이다.

언플러그드 활동은 1990년대 중반, 뉴질랜드에서 팀 벨(Tim Bell), 마이크 펠로우스(Mike Fellows)와 이안 위튼(Ian Witten)에 의해 시작되었다. 언플러그드 활동은 컴퓨터과학의 원리를 쉽고 지루하지 않게 전달하는 데 효과적인 역할을 하고 있다. 현재 우리나라에서도 ‘놀이로 배우는 컴퓨터과학’이라는 책으로 번역되어 널리 활용되고 있다. 언플러그드 활동은 특정 하드웨어나 소프트웨어에 종속되지 않기 때문에 초등학교 저학년에서부터 장애를 가진 학생들에게까지 모든 학생에게 적합한 교육방법이다.

가. 언플러그드 활동은 크게 다음과 같은 다섯 가지 특징을 가지고 있다.

나. 언플러그드 활동을 소프트웨어(SW)교육에 적용할 때 다음과 같은 장점과 단점을 가지고 있다.

다. 언플러그드 활용을 SW 교육에 적용할 때에는 다음과 같은 점에 유의하여야 한다.

1) 활동이 놀이로만 끝나지 않게 해야 한다. 수업 전에는 활동의 목표를 확실히 인지시키고, 수업을 정리할 때 어떤 컴퓨터과학 또는 컴퓨팅 사고력과 연계되 있는지를 정리할 필요가 있다.

2) 언플러그드 활동 후 컴퓨팅 활동을 연결해야 한다는 점이다. 놀이 중심 활동에서만 끝나는 것이 아니라, 학습한 알고리즘의 원리를 컴퓨팅 환경에서 원리를 적용 · 실습해 보도록 하는 것이 좋다.

3) 일상생활의 문제해결로 연결되어야 한다. 실생활의 문제를 컴퓨터가 해결할 수 있는 형태로 구조화하는 활동, 즉 알고리즘의 형태로 구조화하는 활동을 통해 실생활의 문제해결로 이어질 수 있도록 가르쳐야 한다.

2015 개정 실과 교육과정 속에서 언플러그드 활동과 관련된 내용을 살펴보면 컴퓨터를 활용한 활동뿐 아니라 컴퓨터 없이 문제해결의 방법이나 절차를 이해할 수 있는 활동을 활용할 수 있도록 명시함으로써 언플러그드 활동을 교수·학습방법(전략)의 하나로 제시하고 있다.

또한 언플러그드 활동 시 놀이와 학습이 동시에 이루어질 수 있도록 시간과 내용을 재구성하여 지도할 것을 명시하고 있다.

2015 개정 실과 교육과정의 교수·학습방법 및 유의사항을 살펴보자면 첫째 응용 소프트웨어의 사용법이나 프로그래밍 언어의 문법학습을 최소화하고, 문제해결에 필요한 프로그래밍을 통한 컴퓨팅 사고력 신장에 초점을 맞춘다. 둘째. 실생활 속에서 일어나는 문제 상황을 중심으로 학생들이 쉽게 컴퓨팅 사고에 익숙해질 수 있도록 지도한다. 셋째 컴퓨터를 활용한 활동 이외에도 컴퓨터 없이 문제해결의 방법이나 절차를 쉽게 이해할 수 있는 활동을 활용하여 지도한다. 마지막으로 언플러그드 활동 시 놀이와 학습이 동시에 이루어질 수 있도록 시간과 내용을 적절히 구성하여 지도한다.

소프트웨어교육론(정영식 외, 2015)에서는 언플러그드 활동의 절차를 다음과 같이 준비하기 → 해결책 찾기 → 해결책 나누기 → 활동하기 → 일반화하기 → 실습하기 등 모두 6단계로 제시하고 있다. 단계별 주요 활동을 간단하게 살펴보면 다음과 같다.

<언플러그드 활동의 절차>

위의 표를 간단하게 설명하면 다음과 같다.

1. 준비하기 단계에서는 동기를 유발하고 학습 문제를 제시한다.

2. 해결책 찾기 단계에서는 문제를 탐색하고, 해당 문제의 해결책을 찾기 위한 사고 활동이나 토의 활동을 진행한다.

3. 해결책 나누기 단계에서는 모둠별로 의견을 나누고, 이를 종합하되 더 좋은 의견이 있는지 확인한다.

4. 활동하기 단계에서는 놀이를 안내하고, 직접 놀이를 하여 문제가 해결되었는지 판단한다.

5. 일반화 단계에서는 해당 놀이를 통해 배우고자 하였던 개념을 정리하고, 일상생활에 적용해 본다.

6. 전 단계에서 일반화한 것을 토대로 알고리즘으로 만들어 보고, 이를 실습하여 알고리즘 설계가 잘 되었는지 확인한다.

이러한 5단계 절차를 바탕으로 언플러그드 활동의 수업모델(SIESA)을 살펴보면 다음 그림과 같다.

1. 문제 제시하기(Show) 단계에서는 해결하고자 하는 문제 상황을 제시한다.

2. 활동 안내하기(Introduce) 단계에서는 학습자에게 활동할 놀이에 대해 구체적으로 안내한다.

3. 해결방법 찾기(Explore) 단계에서는 해결해야 할 문제를 인지하고 문제해결 방법을 찾는다.

4. 해결방법 나누기(Share) 단계에서는 전 단계에서 찾은 문제해결 방법을 발표하고 실제 문제를 해결한다.

5. 일반화하기(Apply) 단계에서는 문제해결 방법을 유사한 문제에 적용해 본다.

<언플러그드 활동의 수업모델>

첫째, ‘순발력 게임을 하면서 이진수를 알아봐요’. 활동은 친구들과 함께 즐겁게 순발력 게임을 하면서 10진수를 보고 10진수를 2진수로 바꾸어보는 활동을 통해서 자연스럽게 이진수를 알아보는 활동이다.

이 활동을 통해서 학생들은 컴퓨터의 언어라고 할 수 있는 이진수를 제대로 이해할 수 있으며, 10진수(일상생활에서 주로 활용하는 수)와 2진수(컴퓨터가 주로 사용하는 수)의 관계에 대해서 잘 알아볼 수 있도록 했다.

둘째, ‘청기 백기 게임을 하면서 이진수를 알아봐요.’ 활동은 친구들과 함께 즐겁게 청기 백기 게임을 하면서 이진수로 표현하는 법을 알아보는 활동이다.

십진수를 이진수로 나타낼 수 있고, 이진수를 십진수로 나타낼 수 있는데, 컴퓨터에 저장될 때는 0과 1로 저장되므로 0과 1로 표현하는 법을 배울 수 있다. 이 차시에서는 더 알아보기 코너를 통해서 이진수가 컴퓨터뿐만 아니라 일상생활에서도 많이 활용된다는 점을 알 수 있도록 했다.

셋째, ‘이미지 만들기 게임을 하면서 픽셀을 알아봐요.’ 활동은 친구들과 함께 즐겁게 이미지를 만들면서 픽셀을 알아보는 활동이다.

컴퓨터에서 보이는 모든 그림은 픽셀로 저장되고 이 픽셀이 합쳐져서 하나의 그림이 되는데, 친구들과 픽셀을 하나씩 그리면서 이미지가 만들어지는 과정을 통해 픽셀에 대해 알 수 있도록 했다.

넷째, ‘색종이 컵으로 이미지 압축 게임하기’ 활동은 컴퓨터를 하면서 한 번쯤 들어봤을 만한 단어인 압축이란 용어를 쉽게 이해할 수 있도록 도와주는 활동이다.

컴퓨터를 사용하면서‘왜 압축을 해야 할까?’라는 생각을 많이 해봤을 것이다. 본 활동을 통해서 데이터 압축에 대해서 알 수 있으며, 컴퓨터를 활용하면서 왜 데이터 압축을 해야 하는지 그 필요성을 알 수 있도록 하였다.

다섯째, ‘글씨 압축하기 활동’은 앞의 활동 연장선으로 네 번째 활동이 이미지 압축과 관련이 되어 있다면 본 활동은 텍스트 압축과 관련된 활동이다.

글자 압축하기 활동을 하면서 압축을 하면 용량이 얼마나 줄어드는지 확인하면서 압축의 필요성을 알 수 있도록 하였다.

여섯째, ‘오류 검출 게임하기.’ 활동은 컴퓨터의 오류에 대해서 알아보는 활동이다.

컴퓨터가 정확하다고 생각하지만 예기치 못한 상황으로 인하여 컴퓨터도 실수할 때가 있다. 그래서 컴퓨터가 데이터를 처리할 때 올바르게 처리했는지, 올바르게 처리하지 못했는지를 검출하는 것을 오류 검출이라고 한다. 오류 검출 활동을 통해서 컴퓨터의 데이터가 바뀌거나 변형으로 인해 잘못된 것을 찾아내고 이를 올바르게 바꾸는 활동을 해 봄으로써 오류 검출이 얼마나 중요한 것인지 알 수 있다. 그리고 이 오류 검출은 컴퓨터에서만 사용하는 것이 아니라 우리의 일상생활에서도 자주 활용된다는 것을 알 수 있다.

일곱째, ‘칠교놀이를 하면서 절차를 알아봐요.’ 활동은 컴퓨터가 문제를 해결하는 절차나 방법을 자세히 설명하는 과정을 칠교놀이를 통해서 알아볼 수 있도록 하였다. 알고리즘이란 컴퓨터가 따라 할 수 있도록 문제를 해결하는 절차나 방법을 자세히 설명하는 과정인데, 이러한 과정은 컴퓨터에서뿐만 아니라 우리가 인식하지는 못하지만, 우리가 생활하는 모든 행동이 알고리즘과 관련이 있다는 것을 알 수 있다.

여덟째, ‘친구와 함께 그림 그리기.’ 활동은 앞에서 배웠던 알고리즘과 오류 찾기를 동시에 적용을 해서 언플러그드 놀이 활동을 할 수 있다. 절차를 따라 그림을 그리다가 오류가 발생하면 오류를 찾아 해결하고 다시 올바른 차를 따라 그림을 그린다면 그림을 완성할 수 있다. 이를 통해서 컴퓨터가 절차를 따라 문제를 해결하다가 오류가 발생하면 오류를 찾아 문제를 해결하고 절차를 진행한다면 문제를 해결할 수 있다는 것을 알 수 있다.

아홉째, ‘조건문을 활용한 카드 게임하기’ 활동은 알고리즘 활동을 하면서 카드놀이를 하면서 조건을 선택하는 활동이다.

조건문은 알고리즘의 가장 기본적이면서 가장 중요한 개념으로 알고리즘 활동을 하면서 여러 가지 조건에 해당하는 명령을 선택적으로 실행하면서 학생들은 조건의 개념을 배우고 이를 통해서 학생들은 판단력과 순발력을 기를 수 있다.

열째, ‘정렬 알고리즘을 활용해서 카드 정리하기’ 활동은 친구와 함께 지시문을 보고 카드를 정리하면서 정렬 알고리즘을 알아보는 활동이다.

이 활동을 통해 컴퓨터는 많은 자료를 왜 정리하고, 이렇게 정리하는 방법이 정렬 알고리즘이고 정렬을 하는 방법이 다양함을 알 수 있도록 하였다.